(57)【要約】【課題】ワークに付着した中子砂を除去する方法であって、自動車エンジン等、細かく、複雑な中子形状の砂を容易に、かつ完全に除去する。【解決手段】圧力１０ＭＰａ以上、温度４０℃以上の加圧、加温された二酸化炭素を主成分とする流体中に、鋳造によって成形され、中子砂の付着された鋳造品を０．９ｍｌ／分以上の流速で１０〜３０分間保持し、または圧力２０ＭＰａ以上、温度１５０℃以上の水を主成分とする流体中に、上記鋳造品を０．５ｍｌ／分以上の流速で１０〜３０分間保持し、中子砂を除去する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力１０ＭＰａ以上、温度４０℃以上の加圧、加温された二酸化炭素を主成分とする流体中に、鋳造によって成型され、中子砂の付着された鋳造品を０．９ｍｌ／分以上の流速
で１０〜３０分間保持し、中子砂を除去することを特徴とする鋳造品に付着された中子砂の除去方法。
【請求項２】
請求項１において、二酸化炭素を主成分とする流体の圧力が１５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、温度が５０℃〜８０℃である請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項３】
請求項１において、二酸化炭素を主成分とする流体にメタノール、エタノール、アセトンおよびベンゼンの群から選択される一種または複数種の有機溶媒を含有させる請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項４】
圧力２０ＭＰａ以上、温度１５０℃以上の加圧、加温された水を主成分とする流体中に、鋳造によって成型され、中子砂の付着された鋳造品を０．５ｍｌ／分以上の流速で１０〜３０分間保持し、中子砂を除去することを特徴とする鋳造品に付着された中子砂の除去方法。
【請求項５】
請求項４において、水を主成分とする流体の圧力が２２ＭＰａ〜４０ＭＰａ、温度が２００℃〜４００℃である請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項６】
請求項４において、水を主成分とする流体にメタノール、エタノール、アセトンおよびベンゼンから選択される一種または複数種の有機溶媒を含有させる請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項７】
請求項１または４において、鋳造品が自動車のエンジンである請求項１または４に記載の中子砂の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車部品等、鋳造によって成型された鋳造品（ワーク）から中子砂を除去する方法にかかり、特に自動車エンジン等、細かく、複雑な中子形状の砂を容易にかつ完全に除去する、鋳造品に付着された中子砂の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等、各種機械部品（ワーク）の多くは鋳造により成型される。鋳造されたワークには、多量の砂が付着しており、このため、この砂を落とす作業が必要となる。例えば、自動車エンジンの鋳造部品は中子砂で空間を形成し、後処理の仕上げ時に中子砂を除去することにより成型される。
【０００３】
近年、エンジン性能の向上に伴い、エンジンの内部構造は小さく、複雑な形状となっており、このため、中子形状も細かく、複雑な形状になっている。さらに、この細かく複雑な中子砂は強度を上げる必要から強く、かつ固くなっている。
【０００４】
中子砂を除去する方法として、従来、ワークをエアハンマーで打撃し、この打撃力でワーク内部の中子砂を崩壊することにより除去していたが、この方法では打撃に大きな設備を必要とし、しかも高強度で硬い砂はワークから完全に除去することができず、ワーク内部に残留してしまう。さらに、ワークをハンマーで打撃する際、大きな騒音が生じるのみならず、除去された砂が飛散してしまう。
【特許文献１】特開２００４−２３７３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は自動車部品等、鋳造によって成型された鋳造品（ワーク）から、特に、細かく、複雑な中子形状を有する自動車エンジンワークから強く、硬い中子砂を容易に、かつ完全に除去し、上述の公知技術に存する欠点を改良した、ワークに付着された中子砂を除去する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の除去方法によれば、圧力１０ＭＰａ以上、好ましくは１５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、温度４０℃以上、好ましくは５０℃〜８０℃の加圧、加温された二酸化炭素を主成分とする流体中に、鋳造によって成型され、中子砂の付着された鋳造品を０．９ｍｌ／分以上、好ましくは１．０ｍｌ／分〜３０．０ｍｌ／分の流速で５分〜１時間、好ましくは１０〜３０分間保持し、中子砂を除去することを特徴とする。
【０００７】
さらに、上述の課題を解決するため、本発明の除去方法によれば、圧力２０ＭＰａ以上、好ましくは２２ＭＰａ〜４０ＭＰａ、温度１５０℃以上、好ましくは２００℃〜４００℃の加圧、加温された水を主成分とする流体中に、鋳造によって成型され、中子砂の付着された鋳造品を０．１ｍｌ／分以上、好ましくは０．５ｍｌ／分〜３０．０ｍｌ／分〜の流速で５分〜１時間、好ましくは１０分〜３０分間保持し、中子砂を除去することを特徴とする。
【０００８】
上述の二酸化炭素を主成分とする流体、あるいは水を主成分とする流体にメタノール、エタノール、アセトンおよびベンゼンから選択される一種または複数種の有機溶媒を含有させ、中子砂の除去を向上させることもできる。
【発明の効果】
【０００９】
上述の本発明方法は自動車部品等、鋳造によって成型されたワーク、特に、細かく、複雑な中子形状を有する自動車エンジンワークから、強くて硬い中子砂を容易に、かつ完全に除去し得るという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体的に詳述する。
【００１１】
一般的に、物質は固体・液体・気体の状態で存在することが知られているが、臨界点以上では「超臨界流体」といわれる状態で存在する。臨界点における温度、圧力をその物質の臨界温度（Ｔｃ）、臨界圧力（Ｐｃ）という。超臨界状態では、気体のように分子運動が非常に活発で、かつ液体のような大きな密度を持っているため、気体のような「拡散力」と液体のような「溶解力」を併せ持つ流体で存在することになる。
【００１２】
例えば、流体が二酸化炭素の場合、大気圧では気体または固体（ドライアイス）で存在するが、加圧し凝縮すると液体と気体で存在し、さらに加熱・加圧し臨界点以上になると液体と気体の界面が消失して超臨界流体となる。
【００１３】
二酸化炭素の臨界点（Ｔｃ：３１．３℃、Ｐｃ：７．３８ＭＰａ）は、他の物質と比較して低いため取り扱いが容易で、さらに常温付近であるため熱の損失が少ないのが特徴であり、ハロゲン化炭化水素のように油分を溶解する性質を有する。そのため、洗浄分野ではＰＣＢ汚染トランス洗浄、未露光レジスト洗浄、内視鏡洗浄用溶媒として用いられる他、アトピー性皮膚炎予防米製造、遊離脂肪酸低減脱脂食品、卵黄からリン脂質抽出、醤油から香気成分回収、鰹節から香気成分回収、ドライフルーツフレーバー製造、リコピン油製造、杉皮から酸化防止剤精製、魚油からＥＰＡ、ＤＨＡ分別回収、エンジン冷却液からグリコール抽出、焼却炉飛灰から重金属除去、海藻からＥＰＡ（脂肪酸）原料抽出、ポリエチレンから有機添加剤抽出、樹脂選択的回収用溶媒として用いられる。
【００１４】
また、ＰＥＴとＰＶＣ混合物の分離、チーズから塩類等成分除去、生薬の分別精製から、コポリマー製造、ビタミンＥ製造、非水染色溶媒、さらには疎水性ゲル製造、感光性樹脂瞬時乾燥、無機多孔体から触媒除去といった分野でも利用されている。その他の利用方法としては、石灰の微粉砕、粉体塗料製造や、ポリエステル染色、そしてポリマーブレンド溶媒や医療用機器の消毒等に利用されている。
【００１５】
水の臨界点（Ｔｃ：３７４．２℃、Ｐｃ：２２．１ＭＰａ）は、二酸化炭素の臨界点よりも非常に活性が高く、高分子化合物の分解が生じ、廃棄プラスチックをモノマーとして回収することによりマテリアルリサイクルに活用する等の研究が活発に行われている。一方、臨界点以下の状態は亜臨界状態と呼ばれ、超臨界状態よりも活性が低いために、例えば、水の亜臨界環境中では高分子等の有機物質の分解・モノマー化能力は低下するものの、オリゴマー程度の有機物質の抽出やそれら物質の資源化等を図れる可能性の研究が活発に行われている。
【００１６】
本発明は上記二酸化炭素の超臨界状態、あるいは水の超臨界状態、さらには水の亜臨界状態を利用することにより、自動車エンジン等のワークの中子砂を容易にかつ完全除去せしめる。
【００１７】
すなわち、本発明は圧力１０ＭＰａ以上、好ましくは１５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、温度４０℃以上、好ましくは５０〜８０℃の加圧、加温された二酸化炭素を主成分とする流体、または圧力２０ＭＰａ以上、好ましくは２２ＭＰａ〜４０ＭＰａ、温度１５０℃以上、好ましくは２００℃〜４００℃の加圧、加温された水を主成分とする流体中に、鋳造によって成型された中子砂の付着された自動車エンジン等のワークを０．９ｍｌ／分以上、好ましくは１．０ｍｌ／分〜３０．０ｍｌ／分の流速で5分〜１時間、好ましくは１０分〜３０分間保持し、細かく、複雑な中子形状の砂を容易に、かつ完全に除去する。
【００１８】
超臨界状態では、温度、圧力を上昇させることにより臨界状態の活性が高められると考えられるが、産業上の利用形態、処理に要するエネルギーコスト等を考慮すると処理圧力、温度ともに上記の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
なお、二酸化炭素超臨界流体中に有機溶媒を混合することにより、二酸化炭素の超臨界状態をより有効に活用できるようになり、本発明の場合、中子バインダーの易崩壊性に寄与することができる。ここで用いられる有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、プロピルアルコール等のアルコール類や、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル等の脂肪族エーテル類、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物等を挙げることができる。混合量は、二酸化炭素超臨界流体流量に対して、３０％以下、より好ましくは２０％以下の体積比で用いることができる。もちろん、水の流体中に上述と同様の有機溶媒を混合して同様の効果を奏し得ることもできる。
【００２０】
水の超臨界点は前述のとおり、Ｔｃが３７４．２℃、Ｐｃが２２．１ＭＰａであり、この臨界点以下では亜臨界状態であるが、本発明では自動車エンジンワークの中子砂の除去を容易ならしめる方法としては十分な能力を発揮する。上記の温度範囲、圧力範囲以上の条件を設定すれば、自動車エンジンワークの中子砂はより易崩壊性となり得るが、産業上の利用形態、処理に要するエネルギーコスト等を考慮すると処理圧力、温度ともに上記範囲内にあることが好ましい。
【実施例１】
【００２１】
自動車エンジンの中子試料を長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ６ｍｍに切り出し、所定の二酸化炭素用超臨界処理容器（内容量５０ｍｌ、ＳＵＳ３１６製）に充填した。処理容器は二酸化炭素超臨界処理装置（日本分光（株）社製二酸化炭素超臨界処理装置）の所定のオーブン中に設置し、当該処理装置の二酸化炭素流量制御装置、圧力制御装置、および温度制御装置を用いて、二酸化炭素を１．０００ｍｌ／分流通し、圧力２５ＭＰａ、温度７０℃で３０分間保持することにより中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【実施例２】
【００２２】
二酸化炭素超臨界処理温度を６０℃とした以外は、実施例１と同様の条件により中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【実施例３】
【００２３】
二酸化炭素超臨界処理温度を５０℃とした以外は、実施例１と同様の条件により中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【実施例４】
【００２４】
二酸化炭素流量を０．９００ｍｌ／分とし、溶媒としてメタノール（特級、和光純薬（株））を０．１ｍｌ／分流通した以外は実施例１と同様の条件により中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【実施例５】
【００２５】
自動車エンジンの中子試料を長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ６ｍｍに切り出し、所定の水用超臨界処理容器（内容量５０ｍｌ、ハステロイ製）に充填した。処理容器は水超臨界処理装置（日本分光（株）社製水超臨界処理装置）の所定のオーブン中に設置し、当該処理装置の水流量制御装置、圧力制御装置、および温度制御装置を用いて、精製水を０.５００ｍｌ／分流通し、圧力２５ＭＰａ、温度３００℃で３０分間保持することにより中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【００２６】
比較例１
二酸化炭素超臨界処理圧力を８ＭＰａとした以外は、実施例１と同様の条件により中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【００２７】
比較例２
水超臨界処理圧力を８ＭＰａとした以外は、実施例５と同様の条件により中子試料の二酸化炭素超臨界処理を行った。
【００２８】
実施例１から実施例５までの条件で処理した試料、および比較例１、比較例２の条件で処理した試料をインストロン社製引っ張り試験機（Ｍｏｄｅｌ８５１１）を用いて三点曲げ試験を行い、それぞれの処理試料の破断応力（中子試料が破断する時の応力）と弾性率を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中には未処理の中子試料の三点曲げ試験結果も併せて示した。
【００２９】
【表１】
2006181580.tif 000002
【００３０】
本発明の方法は、未処理中子試料と比べて、破断応力、弾性率が低下し、中子をより容易に除去することができる。また、処理する圧力と温度の範囲が、請求項記載の範囲でないと本発明の効果が発現せず、逆に中子の除去を困難にすることになる。
【実施例６】
【００３１】
中子粒子の易崩壊性を目的として、より高い圧力、温度環境下での二酸化炭素による超臨界処理の実験を行い、その曲げ強度試験を行い、結果を表２に示した。超臨界処理装置には実施例１の二酸化炭素超臨界処理装置（ＳＦＣ−ＧＥＴ、日本分光（株）社製）を用いた。用いた汎用容器（チャンバー容積：５０ｍｌ）および充填サンプル形状（長さ：約５ｃｍ、幅：約１ｃｍ、厚み：約６ｍｍ）等は実施例１と同じ条件で実施した。なお、処理圧力、処理時間、処理温度等は表２中、ｓ−１４、ｓ−１５、ｓ−１６、ｈ−１の条件で行った。
【００３２】
【表２】
2006181580.tif 000003
【００３３】
結果と考察
二酸化炭素超臨界圧力２５ＭＰａ、処理時間３０分における各温度で処理した中子試料の三点曲げ変形試験結果を図１に示した。図１で明らかなように、未処理試料（未処理試料を２種類付記しているのは、試料の物性が若干異なるため）と比較して、弾性率が顕著に低下するとともに、破断歪みが著しく向上している。これは、中子試料に含まれるバインダー成分の架橋構造の一部が切断されたために試料の「可塑化」が生じた結果であると考えられる。この現象は圧力１５ＭＰａの条件下でも若干認められており、二酸化炭素超臨界処理圧力が増加するに従い、系内に存在するポリマーの分子鎖切断が一部で生じていることを示唆するものと考えられる。一方、処理温度の違いによる中子試料の力学物性変化には顕著な差が認められないことより、バインダー成分の架橋切断には「温度よりも超臨界処理圧力が大きく影響している」可能性がある（通常、反応温度が１０℃向上すると反応速度は２倍増加するという経験則がある）。本実験に用いた二酸化炭素超臨界処理装置の圧力上限は３０ＭＰａであることから、これ以上の圧力下で処理することは困難である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の自動車エンジンワークの中子砂を加圧、加温された二酸化炭素あるいは水を主成分とする環境中で処理することにより自動車エンジンワークの中子砂の除去が容易に行うことができる。また、本発明は環境負荷物質として問題となっている二酸化炭素の有効利用や再利用にも資することができ、環境負荷の低減化がはかれる。水の場合は環境に与える影響は少なく、自動車エンジン製造ラインのランニングに要する電気や熱エネルギーの低減に資する。したがって、本発明は産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】超臨界処理圧力２５ＭＰａ、処理時間３０分での処理温度の異なる試料の力学的物性（三点曲げ変形における応力−歪み曲線）測定結果のグラフである。
【図１】
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